Charles Darwin’in erken yaşama ilişkin önsezisi muhtemelen doğruydu
Charles Darwin’in oldukça iyi fikirleri vardı. En ünlüsü, Dünya’daki yaşam hakkında bildiklerimizin çoğunu açıklayan doğal seçilim yoluyla evrim teorisidir. Ama aynı zamanda birçok başka soruyu da düşündü. Bir arkadaşına aceleyle yazdığı bir mektupta, ilk hayatın nasıl oluşmuş olabileceğine dair bir fikir ileri sürdü. Yaklaşık 150 yıl sonra, bu mektup oldukça ileri görüşlü, hatta belki kehanet gibi görünüyor.
Yaygın inanışın aksine, türlerin evrimleştiğini öne süren ilk kişi Darwin değildi. Hayvan popülasyonlarının zamanla değiştiği fikri, örneğin bugün zürafaların uzak atalarından daha uzun boyunlu olması 1800’lerde çok tartışıldı.
Bunun yerine, Darwin’in temel katkısı, evrim için bir mekanizmanın ana hatlarını belirlemekti: doğal seçilim. Buradaki fikir, bir türdeki hayvanların yiyecek, barınak ve nihayetinde üreme yeteneği için birbirleriyle rekabet etmeleridir. Yalnızca en uygun olanlar, yani çevrelerine en uygun olanlar üremede başarılı olacak ve böylece yararlı özellikleri bir sonraki nesle aktarılacak ve daha yaygın hale gelecektir. Bu nedenle, uzun boyunlu zürafalar için yararlıysa, nesiller boyunca daha uzun boyunlu zürafalar optimum boyuna ulaşılana kadar çoğalacaktır. Darwin, bunu Türlerin Kökeni Üzerine adlı 1859 tarihli eserinde ortaya koydu.
Evrim gerçeği, yaşamın nasıl başladığıyla ilgili bir şeyi ima ediyordu. Evrim bize, görünüşte farklı türlerin uzak akrabalar olduğunu ve her ikisinin de ortak bir atadan geldiğini söylüyor. Örneğin, yaşayan en yakın akrabalarımız şempanzelerdir: paylaştığımız ortak atamız en az yedi milyon yıl önce yaşamıştır.
Dahası, her canlı organizma nihayetinde tek bir atadan gelen popülasyondan türemiştir: 3.5 milyar yıldan fazla bir süre önce gezegen yeni oluştuğunda yaşamış olan Son Evrensel Ortak Ata (Luca).
Ancak evrim teorisi bize ilk canlılığın nasıl oluştuğu hakkında hiçbir şey söylemiyor: Bize sadece mevcut yaşamın nasıl ve neden değiştiğini anlatıyor.
Hayat nasıl başladı?
Yaşamın kökeniyle ilgili araştırmalar 1950’lere kadar başlamadı. O zamana kadar birçok bilim adamı okyanuslarda yaşamın başladığından şüpheleniyordu. Fikir, genç Dünya’da oluşan ve okyanusta çözünen ve kalınlaşan ve yoğunlaşan birçok karbon bazlı kimyasalın sözde “ilkel çorba” olduğuydu. Bu, 1920’lerde Alexander Oparin adlı bir Sovyet biyolog tarafından önerildi. 1953’te, Stanley Miller adlı genç bir Amerikalı öğrenci, proteinlerin yapı taşları olan amino asitlerin, ilkel okyanusu ve atmosferi taklit eden basit bir aygıtta oluşabileceğini gösterdi.
Okyanusta yaşamın başladığı fikri onlarca yıldır hüküm sürüyordu, ancak bariz bir sorun vardı. Okyanuslar çok büyüktür, bu nedenle karbon bazlı kimyasallar şaşırtıcı miktarlarda üretilmedikçe, yıllarca sürüklenebilir ve asla karşılaşmayabilirler. İngiltere Cambridge’deki MRC Moleküler Biyoloji Laboratuvarı’ndan Claudia Bonfio, “Çok fazla suya ve çok az molekülünüz olacak” diyor.
Çok tartışılan bir alternatif, Atlantik’in ortasındaki Lost City’deki gibi alkalin menfezlerde yaşamın başlamış olabileceğidir. Orada, deniz tabanının altından gelen sıcak ve mineral bakımından zengin su, kayaların arasından sızar ve ürkütücü beyaz kuleler oluşturur. Havalandırmalar, ilk organizmaları besleyebilecek zengin bir kimyasal enerji kaynağıdır. Ancak Mayıs 2020’de yayınlanan bir incelemeye göre, “amino asitlerin veya nükleobazların doğrudan sentezi” – her ikisi de bildiğimiz kadarıyla yaşam için çok önemlidir – alkali havalandırma koşulları altında “henüz gösterilmedi”.
Bu bizi Darwin’e geri götürüyor.
Bir arkadaşa mektup
Darwin, kitaplarında hayatın nasıl başladığı hakkında hiçbir zaman yazmamıştı, ancak özel olarak bunun hakkında spekülasyonlar yaptı. Anahtar belge, yakın arkadaşı doğa bilimci Joseph Dalton Hooker’a 1 Şubat 1871 tarihli yazdığı bir mektuptur. Bu mektup şu anda neredeyse 150 yaşında. Kısa – sadece dört paragraf – ve Darwin’in örümcek gibi el yazısından dolayı okunması zor. Darwin, küf üzerine son zamanlarda yapılan bazı deneylerin kısa bir tartışmasının ardından, bir hipotezin başlangıcını şöyle özetledi:
“Yaşayan bir organizmanın ilk üretimi için tüm koşulların artık mevcut olduğu ve bu durumun mevcut olabileceği sık sık söylenir. Ama eğer (ve ah ne kadar büyükse) her türlü amonyak ve fosforik tuz, ışık, ısı, elektrik vb. Bulunan küçük bir havuzda, bir protein bileşiğinin kimyasal olarak oluştuğunu, daha da karmaşık hale gelmeye hazır olduğunu düşünebilirsek Günümüzde değişimler, bu tür maddeler anında yutulacak ya da emilecektir, ki bu canlı yaratıklar oluşmadan önce böyle olmazdı. ”
Darwin, yaşamın açık okyanusta değil, karadaki daha küçük bir su kütlesinde başladığını öne sürüyordu.
Bu, kısmen birkaç fikrin birbirine karışması nedeniyle, biraz paketten çıkarmayı gerektirir: Darwin, hipotezini yazarken bile düşünüyormuş gibi okur. Ancak ana fikir yeterince basit.
Darwin, yaşamın açık okyanusta değil, karada kimyasallar açısından zengin olan daha küçük bir su kütlesinde başladığını öne sürüyordu. Bu özünde ilkel çorba fikridir, ancak bir avantajı vardır: bir havuzda, günün sıcağında su buharlaştığında çözünmüş kimyasallar yoğunlaşacaktır. Yaşam kimyasallarının ilk sentezi, ışık, ısı ve kimyasal enerjinin bazı kombinasyonlarıyla güçlendirilecektir.
Birçok yönden Darwin’in fikri umutsuzca eksiktir, ancak bunun için suçlanamaz. DNA gibi nükleik asitlerin keşfinden önce, biyologlar genlerin nasıl çalıştığı hakkında herhangi bir şey anlamadan ve canlı hücrelerin iç işleyişinin büyük ölçüde bir gizem olduğu zaman yazıyordu. Darwin, yaşamın bir proteinle başladığını hayal etti, ancak proteinlerin ne olduğunu gerçekten bilmiyordu: 1902’ye kadar proteinlerin amino asit zincirleri olduğu anlaşılmamıştı.
Ancak aynı temel taslak bugün hala takip ediliyor ve birçok araştırmacı, hayatın kökeni hakkında sahip olduğumuz en iyi açıklamanın bu olduğuna inanıyor.
Isı ve ışık
Çalışmaları bir gölet ortamıyla uyumlu olan araştırmacılardan biri, Wisconsin-Madison Üniversitesi’nden Lena Vincent’dir – her ne kadar açık fikirli olmayı tercih etse de. Kendilerini bir grup olarak kopyalayan kimyasallar yaratmaya çalışıyor. En basit örnek, her birinin diğerini yapma yeteneğine sahip olduğu bir çift A ve B kimyasalları olacaktır, bu nedenle A, B’yi ve B, A’yı yapar. Bu tür bir kimyasal çifti, ikisi de yapmasa bile, kendi kendine çoğalabilir. çok yalnız. Pratikte kimyasallar seti bundan daha karmaşıktır, ancak prensip aynıdır.
Vincent, en önemlisi, minerallerin yüzeyleri üzerinde deneylerini yapıyor. Temel kimyasallar mineral yüzeydeyse, “reaksiyona girme ve birbirleriyle temas etme olasılıkları daha yüksektir” diyor. Kimyasallar ayrıca mineralle birleşmek için rekabet edebilir. “Bunun, rekabet avantajı ve belki de evrimin öncülerini görmeye başlamanız için ihtiyaç duyacağınız ortamı yaratabileceğini düşünüyoruz.” Göletler doğası gereği kil gibi mineral yüzeylerle çevrilidir.
Ayrıca, güneş ışığında ultraviyole radyasyonun anahtar biyolojik kimyasalların oluşumuna neden olabileceğine dair pek çok kanıt vardır – özellikle RNA, ilk yaşamı yaratmada çok önemli bir bileşen olduğu düşünülen DNA’ya benzer bir nükleik asit. Bu tür işlemler ancak iyi aydınlatılmış yerlerde gerçekleşebilir – bu da yine derin denizden ziyade küçük bir su kütlesine işaret eder.
İngiltere, Cambridge’deki MRC Moleküler Biyoloji Laboratuvarı’ndan John Sutherland kilit bir oyuncu olmuştur. 2009’da, RNA’nın dört yapı taşından ikisinin, ultraviyole radyasyonla yıkanmak gibi basit işlemlere tabi tutulmaları durumunda basit karbon bazlı kimyasallardan oluştuğunu gösterdi. O zamandan beri, incelikle farklı tedaviler verilen aynı başlangıç kimyasallarının, proteinlerin veya hücrelerin dış zarlarını oluşturan yağlı lipidlerin yapı taşları olabileceğini gösterdi.
Minneapolis’teki Minnesota Üniversitesi’nden Kate Adamala, “Uzun kompleks nükleik asitlerin sentezi için eksiksiz bir senaryoya doğru istikrarlı bir şekilde ilerliyor” diyor.
Son olarak, karadaki havuzlar ısındığında neredeyse tamamen kuruyabilir ve yağmur yağdığında tekrar dolabilir. Bu tür ıslak-kuru döngüleri zararsız görünebilir, ancak yaşamın kimyasalları üzerinde derin etkileri olabilir.
Örneğin, Sutherland’ın 2009 deneyi, RNA’nın dört yapı taşından yalnızca ikisini yaptı. 2019’da Almanya’daki araştırmacılar aynı anda dördünü de yaptı. Basit karbon bazlı kimyasalları, mineral bir yüzeye sıcak suya yerleştirdiler ve tekrar eden ıslak-kuru döngülere tabi tuttular. RNA yapı taşlarını yapmak için bunun birkaç günü yeterliydi.
Benzer şekilde, Santa Cruz’daki California Üniversitesi’nden David Deamer, ıslak-kuru döngülerin, RNA gibi biyolojik bir molekülün yağlı lipidlerden oluşan bir kabuk içinde kapsüllendiği basit “protohücrelerin” oluşumunu tetikleyebileceğini gösterdi. Ve 2017’de şu anda Edinburgh Üniversitesi’nde bulunan Valentina Erastova, amino asitlerin ıslak-kuru döngülere maruz kalan bir mineral yüzeyde basit proteinlere bağlandığını keşfetti.
Hayatın beşiği
Deamer, “dalgalanan volkanik kaplıca havuzlarının” yaşamın başlaması için en olası ortam olduğunu savunuyor. Sutherland’ın bir alternatifi var: akarsuların yanlardan aktığı ve dibinde bir havuzda buluştuğu bir göktaşı krateri. Bu senaryolardan hangisinin daha makul olduğu belirsizdir. Dahası, birçok genç araştırmacı, herhangi bir şeyi göz ardı etmek için hayata yol açabilecek süreçler hakkında henüz yeterince bilgi sahibi olmadığımızı savunarak, kendilerini bir senaryoya veya başka bir senaryoya adamamaya dikkat ediyor. Özellikle, birçok araştırmacı, sorunlarına rağmen alkalin havalandırma hipotezini hala ciddiye alıyor.
O küçük sıcak havuzda meydana gelen süreçler o kadar kolay gerçekleşebilir ki her zaman olabilir – Lena Vincent
Ancak açık olan, Darwin’in fikrinin ileri görüşlüydü. Bir dizi kimyasalın küçük bir alanda yoğunlaşması gerektiğini ve kimyasal reaksiyonları harekete geçirebilecek bir enerji kaynağına olan ihtiyacı öngördü.
Vincent, “Darwin’in görüşlerinin çoğu gibi,” diyor, küçük küçük su birikintisi hipotezi “çok ileri görüşlüydü”.
Vincent, Darwin mektubunda “takdir edilmeyen” bir noktaya daha değindi. “O küçük sıcak havuzda meydana gelen süreçler o kadar kolay gerçekleşebilir ki her zaman olabilir” diyor. Bunu basitçe göremeyebiliriz çünkü ne zaman yeni bir protein veya benzeri doğal olarak oluşsa, aç bir bakteri onu yutar.
Vincent, “Hayatın kökeni hakkında derin geçmişte olmuş bir şeymiş gibi konuşuyoruz” diyor. “Ama şu anda bile olmaya çalışan bir şey.”
Michael Marshall, Devon, İngiltere merkezli bir bilim yazarıdır. Yaşamın kökenleri hakkındaki kitabı The Genesis Quest çıktı.